Żywe ludzkie neurony uczą się grać w DOOM-a. Tak może wyglądać komputer przyszłości

DOOM ponownie udowadnia, że można wykorzystać go do niezwykłych eksperymentów technologicznych. Tym razem nie chodzi jednak o uruchomienie gry na lodówce, kalkulatorze czy starej drukarce. Australijska firma Cortical Labs wykorzystała żywe ludzkie neurony do stworzenia biologicznego komputera, który potrafi uczyć się wykonywania określonych zadań. Podobne eksperymenty prowadzi szwajcarski FinalSpark. Czy właśnie tak mogą wyglądać komputery przyszłości?

Komputer, którego procesorem są żywe neurony

Rozwój sztucznej inteligencji sprawił, że zapotrzebowanie na moc obliczeniową rośnie w ogromnym tempie. Najbardziej zaawansowane modele AI wymagają potężnych centrów danych wyposażonych w tysiące akceleratorów. Problemem jest już nie tylko sama wydajność, ale również energia potrzebna do zasilania całej infrastruktury.

Naukowcy zaczynają więc szukać alternatyw dla klasycznych układów krzemowych. Jednym z najbardziej nietypowych kierunków jest biokomputing, czyli wykorzystanie żywych komórek do wykonywania zadań, które normalnie powierzylibyśmy procesorom.

Właśnie tym zajmują się między innymi Cortical Labs oraz szwajcarski FinalSpark. Zamiast budować kolejne układy z tranzystorów, firmy eksperymentują z żywymi neuronami. Ich celem jest sprawdzenie, czy naturalne właściwości komórek nerwowych można wykorzystać do przetwarzania informacji.

Brzmi jak scenariusz filmu science fiction, ale takie rozwiązania już istnieją.

FinalSpark chce wykorzystać potencjał ludzkiego mózgu

Jednym z przykładów jest szwajcarski FinalSpark, który rozwija platformę wykorzystującą organoidy mózgowe. Są to niewielkie skupiska żywych komórek nerwowych hodowanych w warunkach laboratoryjnych.

Nie mamy tutaj do czynienia z miniaturowym ludzkim mózgiem. Organoidy są znacznie prostszymi strukturami, ale zawierają neurony zdolne do komunikowania się ze sobą i reagowania na dostarczane bodźce.

To właśnie ta właściwość jest kluczowa. Neurony mogą zmieniać swoje zachowanie pod wpływem doświadczeń, a więc posiadają cechę niezwykle interesującą z punktu widzenia sztucznej inteligencji: zdolność adaptacji.

FinalSpark chce wykorzystać te możliwości w obliczeniach i badaniach nad nowymi metodami tworzenia inteligentnych systemów. Firma udostępnia swoją infrastrukturę badaczom, którzy mogą prowadzić eksperymenty z biologicznymi sieciami neuronowymi bez konieczności budowania całego zaplecza od podstaw.

W ten sposób naukowcy mogą sprawdzać, czy żywe komórki nerwowe mogą w przyszłości pełnić funkcję nietypowego rodzaju jednostki obliczeniowej.

Cortical Labs stworzyło biologiczny komputer CL1

Jeszcze dalej poszło australijskie Cortical Labs. Firma opracowała urządzenie nazwane CL1, które łączy żywe neurony z klasycznymi podzespołami elektronicznymi.

W systemie znajdują się laboratoryjnie wyhodowane komórki nerwowe. Są one umieszczone na specjalnym układzie elektrod, który pozwala komputerowi komunikować się z neuronami.

Elektronika wysyła do nich odpowiednie sygnały, a następnie odczytuje reakcje komórek. W praktyce powstaje więc dwukierunkowy interfejs pomiędzy komputerem a żywą siecią neuronową.

CL1 nie jest jednak urządzeniem, które można po prostu włączyć i zostawić na biurku jak zwykły komputer. Neurony muszą mieć zapewnione odpowiednie warunki do życia. System odpowiada między innymi za kontrolowanie temperatury, dostarczanie komórkom odpowiednich substancji oraz utrzymanie właściwego środowiska.

Według informacji dotyczących urządzenia biologiczna część systemu może składać się z setek tysięcy neuronów.

Żywe neurony uczą się grać w DOOM-a

Najbardziej efektowną demonstracją możliwości tej technologii stał się oczywiście DOOM.

Kultowa strzelanka id Software jest wręcz symbolem nietypowych eksperymentów technologicznych. Przez lata gra była uruchamiana na urządzeniach, które nigdy nie miały służyć do grania. Tym razem wydarzyło się jednak coś zupełnie innego.

Cortical Labs wykorzystało żywe neurony jako element systemu odpowiedzialnego za reagowanie na wydarzenia zachodzące w grze.

Sam DOOM nadal działa na klasycznym komputerze. Biologiczny system nie zastąpił więc karty graficznej czy procesora odpowiedzialnego za renderowanie gry. Neurony otrzymywały natomiast informacje dotyczące świata gry, a ich aktywność była odczytywana przez elektronikę i przekładana na odpowiednie działania.

W ten sposób biologiczna sieć mogła wpływać na zachowanie sterowanej postaci.

To właśnie tutaj eksperyment robi się naprawdę interesujący. Neurony nie zostały zaprogramowane w taki sam sposób jak zwykły procesor. Zamiast tego uczono je reagowania na określone bodźce.

Od Ponga do DOOM-a

Eksperyment z DOOM-em nie był pierwszym przypadkiem wykorzystania żywych neuronów do grania.

Cortical Labs wcześniej prowadziło eksperyment znany jako DishBrain. W jego ramach naukowcy wykorzystali hodowane w laboratorium komórki nerwowe do sterowania prostą wersją gry Pong.

To właśnie wtedy pokazano, że biologiczna sieć neuronowa może otrzymywać informacje ze środowiska, analizować je i zmieniać swoje zachowanie.

DOOM jest znacznie bardziej skomplikowanym testem.

Gracz musi poruszać się po trójwymiarowych lokacjach, reagować na przeciwników i podejmować decyzje zależnie od sytuacji. Nie jest to więc jedynie kwestia przesuwania jednej kreski w lewo lub prawo, jak w Pongu.

Fakt, że naukowcy wykorzystali tak znaną grę do demonstracji możliwości biologicznego komputera, jest przede wszystkim efektownym sposobem pokazania, jak daleko poszły tego typu eksperymenty.

Biologiczny komputer kosztuje dziesiątki tysięcy dolarów

CL1 nie jest jednak sprzętem, który w najbliższym czasie trafi pod telewizory graczy.

Urządzenie zostało wycenione na około 35 tysięcy dolarów. Dla większości użytkowników jest to oczywiście całkowicie poza zasięgiem, ale trzeba pamiętać, że mamy tutaj do czynienia z eksperymentalną platformą badawczą, a nie produktem konsumenckim.

Cortical Labs rozwija również możliwość zdalnego korzystania z biologicznych systemów. Dzięki temu naukowcy nie muszą kupować całego urządzenia, aby przeprowadzać własne eksperymenty.

Takie rozwiązanie może być znacznie ważniejsze od samego grania w DOOM-a. Dostęp do żywych sieci neuronowych może zainteresować uczelnie, laboratoria oraz firmy pracujące nad sztuczną inteligencją i nowymi metodami przetwarzania informacji.

Dlaczego w ogóle potrzebujemy komputerów z neuronami?

Najważniejszym argumentem jest efektywność biologicznego mózgu.

Ludzki mózg wykonuje ogromną liczbę operacji, jednocześnie zużywając stosunkowo niewiele energii. W przypadku współczesnych centrów danych sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Im bardziej zaawansowane są modele AI, tym większej mocy obliczeniowej potrzebują.

Naukowcy zastanawiają się więc, czy niektórych mechanizmów biologicznych nie dałoby się wykorzystać do stworzenia bardziej energooszczędnych systemów.

Neurony mają jeszcze jedną ogromną zaletę. Nie tylko przetwarzają sygnały, ale również potrafią dostosowywać się do nowych sytuacji.

To oznacza, że biologiczne komputery mogą w przyszłości stać się interesującą alternatywą dla niektórych rodzajów sztucznej inteligencji.

To nie oznacza końca procesorów i kart graficznych

Nie należy jednak wyciągać wniosku, że za kilka lat NVIDIA, AMD czy Intel będą musiały zacząć produkować procesory z żywych komórek.

Technologia znajduje się dopiero na bardzo wczesnym etapie. Biologiczne systemy są skomplikowane w utrzymaniu, wymagają specjalnych warunków i nie oferują obecnie uniwersalności klasycznego sprzętu komputerowego.

Problemem pozostaje również skalowanie całej technologii. Wyhodowanie odpowiedniej liczby neuronów i zapewnienie im stabilnego środowiska jest znacznie trudniejsze niż wyprodukowanie kolejnego układu scalonego.

Do tego dochodzą pytania dotyczące etyki oraz sposobu wykorzystywania ludzkich komórek nerwowych.

Nie ma jednak obecnie podstaw, aby traktować takie systemy jako świadome. Biologiczna sieć neuronowa wykorzystywana w CL1 jest bardzo prostym układem w porównaniu z ludzkim mózgiem.

Gaming może być poligonem doświadczalnym

Z perspektywy graczy najbardziej interesujące jest to, że gry mogą pełnić rolę świetnego środowiska testowego dla takich technologii.

Gra komputerowa pozwala w prosty sposób przekazywać systemowi informacje i sprawdzać jego reakcje. Możemy dokładnie określić, jaki bodziec otrzymuje biologiczna sieć oraz jaki efekt powinna wywołać.

Dlatego DOOM nie jest tutaj tylko ciekawostką. Jest również demonstracją możliwości technologii w łatwo zrozumiałym środowisku.

Kultowa strzelanka po raz kolejny stała się więc symbolem eksperymentów technologicznych. Tym razem jednak pytanie nie brzmi, na czym można uruchomić DOOM-a, lecz czy żywe neurony mogą nauczyć się w niego grać.

Komputery przyszłości mogą być połączeniem biologii i elektroniki

FinalSpark oraz Cortical Labs pokazują, że przyszłość komputerów nie musi ograniczać się wyłącznie do coraz mniejszych tranzystorów i coraz mocniejszych układów scalonych.

Być może kolejnym krokiem będzie łączenie klasycznej elektroniki z biologią.

Na razie CL1 i podobne projekty są przede wszystkim eksperymentami naukowymi. Ich możliwości są ograniczone, a koszty wysokie. Mimo to sam fakt, że żywe neurony można wykorzystać do wykonywania zadań i nauczyć je reagowania na wydarzenia w cyfrowym świecie, pokazuje, jak nietypowym kierunkiem zaczyna być rozwój sztucznej inteligencji.

A jeśli żywe komórki potrafią już uczyć się gry w DOOM-a, trudno nie zastanawiać się, co naukowcy będą w stanie osiągnąć za kilka lub kilkanaście lat.

Podsumowanie

Biologiczne komputery przestają być wyłącznie ciekawostką z laboratoriów. Projekty rozwijane przez FinalSpark i Cortical Labs pokazują, że żywe neurony można połączyć z elektroniką i wykorzystać do przetwarzania informacji. Szczególnie interesujący jest CL1, w którym laboratoryjnie wyhodowane komórki nerwowe uczono wykonywania określonych zadań, w tym reagowania na wydarzenia w DOOM-ie.

Do zastąpienia klasycznych procesorów czy kart graficznych jest jeszcze bardzo daleka droga. Biologiczne układy mają obecnie wiele ograniczeń, są kosztowne i wymagają skomplikowanych warunków do funkcjonowania. Jednocześnie ich zdolność do adaptacji oraz potencjalnie wysoka efektywność energetyczna sprawiają, że mogą stać się ważnym kierunkiem badań nad przyszłością sztucznej inteligencji.

Na razie DOOM uruchamiany z pomocą żywych neuronów pozostaje przede wszystkim efektownym eksperymentem, ale pokazuje coś znacznie ważniejszego. Granica pomiędzy światem biologii, sztucznej inteligencji i klasycznej informatyki zaczyna się zacierać. Niewykluczone, że za kilka lub kilkanaście lat biologiczne układy obliczeniowe będą wykorzystywane nie tylko w laboratoriach, ale również w konkretnych zastosowaniach technologicznych.